具有边缘向的振动的衰减的风力涡轮机叶片制造技术

本公开涉及衰减风力涡轮机叶片中的主要在边缘向上的振动。这通过包括一个或多个凸起翼型区段的风力涡轮机叶片实现，每个凸起翼型区段的特征在于，对于凸起翼型区段内的任何翼型，翼型的压力侧轮廓y

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有边缘向的振动的衰减的风力涡轮机叶片


[0001]本专利技术涉及风力涡轮机叶片中的振动。

技术介绍

[0002]风能由于其清洁且环境友好的能量生产而越来越受欢迎。现代风力涡轮机的转子叶片通过使用复杂的叶片设计(其被创建以使效率最大化)来捕获风动能。
[0003]现代风力涡轮机叶片以越来越长的叶片长度被制造，并且叶片的较长的翼展可能导致由叶片经受的较高的相对风速。这影响数个性能特性，诸如叶片噪声和叶片磨损。
[0004]另一问题是边缘向的振动。这种边缘向振动(例如回旋模式)和其他不稳定性被加重，因为风力涡轮机叶片还变得越来越修长。不稳定性引起显著增加的疲劳负载并且如果不减轻则可能降低涡轮机寿命。边缘向振动由图1中的箭头90示意性地图示。
[0005]解决问题的尝试已经例如包括增加失速条。然而，这些有噪声。增加刚度也已经被使用，但是为了有效，重量和材料成本显著增加，并且分别地涡轮机上的磨损、其他构件负载因此增加。也已经尝试定制的预弯曲，但是具有混合的结果。另一方法涉及用附加的外部质量修改叶片末梢，但是这涉及显著的附加重量，并且附加重量增加涡轮机的磨损。内部质量衰减系统，例如基于流体的液体衰减器，是重的并且相对低效的。另一方法是实施后边缘垫片或襟翼，但是它们不是非常有效并且增加显著的阻力和噪声。
[0006]因此，存在对于定制成展现较小的边缘向振动并且进而经受源自这种振动的较少的疲劳的风力涡轮机叶片的增加的需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供风力涡轮机叶片，其克服上述问题中的至少一些。
[0008]本专利技术的第一方面提供一种风力涡轮机叶片，其具有在风力涡轮机叶片的前边缘处和风力涡轮机叶片的后边缘处连接的吸力侧和压力侧，叶片沿着纵向轴线z从z＝0处的风力涡轮机叶片的根部端部延伸到z＝L处的风力涡轮机叶片的末梢端部，其中L是叶片的长度，叶片的特征在于：(i)叶片包括一个或多个凸起翼型区段，每个凸起翼型区段的特征在于，对于凸起翼型区段内的任何翼型，翼型的压力侧轮廓y
p
(x)在翼型的后边缘附近具有以下几何特性，x是由翼型的弦限定的轴线，其中弦具有长度c并且x＝0与翼型的前边缘重合并且x
c
＝c与翼型的后边缘重合：
‑
在点x＝x1处，其中x1≥0.6c，压力侧轮廓y
p
(x)具有斜率s1并且y
p
(x1)>y
s
(x1)，其中y
s
(x)是翼型的吸力侧轮廓，
‑
存在点x＝x2，x2>x1，在该点处压力侧轮廓y
p
(x)的斜率s2高于x＝x1处的斜率s1，
‑
存在点x＝x3，x3>x2，在该点处压力侧轮廓y
p
(x)的斜率s3低于x＝x2处的斜率s2，(ii)叶片中的所有凸起翼型区段的总长度L
B
至多为叶片的长度L的30％，并且(iii)叶片中的所有凸起翼型区段的总长度的至少一半位于z＝0.7L至z＝L的范
围内。
[0009]如能够从以上看到的，在一些实施例中，本公开中的“凸起翼型区段”是叶片区段，在该叶片区段中每个翼型具有如以上第一方面中的项目(i)中表征的压力侧轮廓y
p
(x)。
[0010]具有多于一个凸起翼型区段的实施例包括分开的凸起翼型区段，即由不展现项目(i)的特性的叶片区段沿纵向方向间隔开的凸起翼型区段。
[0011]根据本专利技术的实施例的叶片，凸起在后边缘区域中具有不同的边界层负载条件，其当改变叶片的攻角时驱动翼型的升力行为。已经进一步认识到，在后边缘处在压力侧和吸力侧之间的增加的封闭角能够减小升力系数的斜率，该升力系数的斜率与本专利技术的第一方面(以及与以下描述的第二方面和第三方面)的特点协作能够被用来定制操作中的风力叶片的稳定性特征。本专利技术的实施例还以能够解决关于面向前的后边缘的静止摆振问题的方式改变逆流行为。
[0012]凸起的有限的弦向幅度减少所需的材料的量，并且进而减少重量，同时保持大部分的拱度和升力。
[0013]本专利技术的进一步的优点是，振动的衰减纯粹是被动的，从而允许其被通过以非常有限的额外的质量和成本将附加物装配到现有叶片来提供。减小的升力斜率还减小其他空气动力学负载。空气动力学负载方面的这种减小允许增加的末梢长度和较大的转子半径，这能够转化成增加的涡轮机生产率(AEP)和容量因数(CF)。
[0014]根据本专利技术的方面的叶片在末梢区域中具有减小的空气动力学有效区并且因此也较不易受由改变的攻角驱动的疲劳和阵风负载的影响，这打开了上述的可能性来增长转子总扫掠面积，从而增加容量因数和AEP多于来自末梢卸载的减小。
[0015]注意到，为了确定给定翼型是否具有如项目(i)中记述的几何特性，仅需要确定在此存在其中满足项目(i)中的翼型特性的第一三联体x1、x2、x3。清楚的是，对于相同的翼型可能发现的其中不满足项目(i)的翼型特性的第二三联体x
’1、x
’2、x
’3的证据不改变翼型具有项目(i)中记述的几何特性(在此情况中由于第一三联体)的事实。通常情况是，一些三联体展现项目(i)中记述的几何特性，而其他不展现。对于不完全具有项目(i)中记述的几何特性的翼型，所需要的是在此不存在其中满足项目(i)中记述的几何特性的任何三联体x1、x2、x3。
[0016]在一些实施例中，x3在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中进一步满足x3≤0.97c。类似于以上描述，这要被理解成使得对于给定翼型在此存在第一三联体x1、x2、x3，该第一三联体除了具有以上项目(i)中记述的特性，还满足x3≤0.97c。同样，清楚的是，对于相同的翼型可能发现的其中满足项目(i)中记述的特性、但是附加限制“x3在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中进一步满足x3≤0.97c”未被满足的第二三联体x
’1、x
’2、x
’3的证据，不改变翼型不具有项目(i)中列明的特征以及附加限制的事实。实际上，第一三联体满足附加限制“x3在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中进一步满足x3≤0.97c”的事实意指压力侧轮廓斜率在该处开始下降(s3低于斜率s2)的点位于距后边缘的弦长的至少3％。在这种实施例中的凸起从后边缘有所移除。这减小或消除后边缘附近的流动分离，同时仍然至少部分地衰减边缘向振动。
[0017]在一些实施例中，x3在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中进一步满足x3≤0.9c。
[0018]在一些实施例中，在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中x1≥0.7c。
[0019]在一些实施例中，x1在一个或多个凸起翼型区段的至少部分中进一步满足x1≥0.8c。这表征较短的凸起，其已经被发现相比于不具有凸起的类似的翼型，其引起升力系数方面的仅小的改变，同时仍然如所期望地更改升力系数斜率。
[0020]在一些实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种风力涡轮机叶片，其具有在所述风力涡轮机叶片的前边缘处和所述风力涡轮机叶片的后边缘处连接的吸力侧和压力侧，所述叶片沿着纵向轴线z从z＝0处的所述风力涡轮机叶片的根部端部延伸到z＝L处的所述风力涡轮机叶片的末梢端部，其中L是所述叶片的长度，所述叶片的特征在于：(i)所述叶片包括一个或多个凸起翼型区段，每个凸起翼型区段的特征在于，对于在所述凸起翼型区段内的任何翼型，所述翼型的压力侧轮廓y
p
(x)在所述翼型的所述后边缘附近具有以下几何特性，x是由所述翼型的弦限定的轴线，其中所述弦具有长度c并且x＝0与所述翼型的前边缘重合并且x
c
＝c与所述翼型的后边缘重合：
‑
在点x＝x1处，其中x1≥0.6c，所述压力侧轮廓y
p
(x)具有斜率s1并且y
p
(x1)>y
s
(x1)，其中y
s
(x)是所述翼型的吸力侧轮廓，
‑
存在点x＝x2，x2>x1，存在点所述压力侧轮廓y
p
(x)的斜率s2高于x＝x1处的所述斜率s1，
‑
存在点x＝x3，x3>x2，存在点所述压力侧轮廓y
p
(x)的斜率s3低于x＝x2处的所述斜率s2，(ii)所述叶片中的所有凸起翼型区段的总长度L
B
至多为所述叶片的所述长度L的30％，以及(iii)所述叶片中的所有凸起翼型区段的所述总长度的至少一半位于z＝0.7L至z＝L的范围内。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中x3在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足x3≤0.97c。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中x1在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足x1≥0.8c。4.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中x1在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足x1≥0.7c，并且x2在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足x2>0.8c。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，存在点x2，在该点处s2在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足s2>
‑
0.05。6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，存在点x2，在该点处s2在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足s2>0.2。7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，存在点x3，在该点处s3在所述一个或多个凸起翼型区段的至少部分中满足s3<
‑
0.05，诸如s3<
‑
0.3。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中在x>0.7c至x＝c的范围内：
‑
所述压...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：LM风力发电公司，
类型：发明
国别省市：